变频控制水泵与降压控制水泵的情况说明

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在设计过程中，往往考虑到用户最大负荷时设备应能满足使用的要求。所以设备选型是以最大负荷来确定设备的型号、规格的。但实际使用时达到最大负荷的时间并不是全部工作时间，而是在一段时间内，在其他时间并不在满负荷状态。所以对于工频控制而言，电机的输出功率是不可调的，电机只能在较低的功率因数下运行。而变频控制是通过改变电机的频率达到调节电机的输出功率，可以负荷的变化而变化，因此达到节能的效果。

其经过为调节水泵电机的频率改变水泵电机转数，达到改变水泵流量的目的---实现变流量调节功能。变流量调节是根据需要供水，并可形成闭环控制。达到自动调节的效果。

1、降压启动对设备的影响：

无论降压启动或直接启动水泵设备，启动电流较大对电网及电机有较大的冲击。启动后电机在较低的功率因数下运行。浪费电能。

水泵采用的是Y-△起动方式，电机的起动电流约为额定电流的3~4倍，一台30KW的电动机，其起动电流将达到100A以上。在如此大的电流冲击下，接触器等元器件的使用寿命大大下降，增加了维修工作量和备品备件费用。其次，较大的启动电流还会在电机和变压器中引起极大的电能损失，造成电气设备发热等问题。

在不同的情况下，开关阀门，由于阀门的强制节流使泵形成旋涡冲击，产生了强烈的振动和噪声，对泵的使用寿命、维护修理都加大了不利的损耗。再就是由于电动机的转矩基本恒定，这种调节方式形成的供水压力较高，造成严重的节流功率损失，泵的效率降低，造成电力的浪费。

2、水泵的调速特性：

水泵在改变转速时，其内部几何尺寸没有改变，所以，据水泵的相似原理可知：当转速变化时，流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，得出：同一台泵当转速变化时，水泵的主要性能参数将接上述比例定律而变化，并且，在变化过程中可保持效率基本不变，若水泵机组转速可调，我们就可以改变某台水泵的转速以适应当时需水量的变化，这样就可以避免水泵机组在低效率区域运转造成的电动机过载，另一方面，也可以避免供水压力偏高所造成的浪费。同时，水泵随着转速的变慢而使轴功率大为减少，电动机输入功率也随之减少，这就是调速水泵在供水系统中所起的节能作用。

　根据交流电动机工作原理中的转速关系，n=60f(1-s)/p,从公式中得出：均匀改变电动机定子绕组的电源频率，就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少，这就是水泵调速的节能作用。

3、变频调速具有以下特点：

①转差率小，转差损失小，效率可高达90~95%以上。
　　②实现平滑地无级调速，精度高，调速范围宽（0~100%），频率变化范围大（0~50Hz）。
　　③起动转矩大（可达额定值的1.1倍），实现软启动减轻启动电流的冲击（最大启动电流小于额定电流）。
　　④提高电网侧功率因数，可以取消原就地无功补偿装置。
　　⑤变频器采用了高速度的16位CPU与专用的大规模集成电路，具有通信功能，可实现与计算机、可编程控制器联机控制、监控的功能，容易实现生产过程的自动控制。
　　⑥安装容易，调试方便，操作简单。
　　⑦不仅适用于水泵，风机类负荷的节能调速，对改善工艺条件，提高产品质量都有其明显作用。

4、事例说明：

惠隆五金机械厂生活水泵，电机功率为Y200M-2 45KW，安装变频器壹台，运行三个月，节电效果明显。
　　生活水泵变频减速节能测试数据如表A、表B所示：
　　表A（2001年9月份）安装变频器前的测试数据（f=50Hz）

　　表 B（2001年9月-10月）
　　安装变频器后的测试数据（P=4kgf/cm2=39.2N/CM2,f=0~50Hz）

供水的高峰与低谷是随作息时间及生活习惯不同的变化的，为保证楼房高房及远距离居住的正常用水，我们采用了恒压供水方式，即保持管网压力为 4KGF/CM2（39.2N/CM2）。电动机频率随压力变化，从而实现了节能的目的。
　　从表A与表B所示，以10天运行记录分析：
A、安装变频器前： 供水量12785T，耗电7132KWH，平均单耗0.558KWH/T，平均时耗39.187KW/H。
B、安装变频器后： 供水量：12819T；耗电5412KWH，平均单耗0.422KW/T，平均时耗29.254KWH。
　　前后相比，10天供水量几乎相等，而耗电减少1720KWH，平均单耗降低0.136KWH，节电率24.37%，平均时耗降低9.942KW/H，节电率25.37%，平均节电率达24.87%，节电效果显著。
投资回报期短： 按平均每天运行时间为18小时计
年运行时间 =18×365=6570小时
年节电量 =（投入前平均时耗-投入后平均时耗）×年运行时间=(39.187-29.254)×6570=65319（KWH）

　　按电费单价1元=年节电折合人民币
年节电费 =电费单价×年节电量=1×65319=65319元
投资回报期 =60000÷65319=0.92年×12个月=11个月 　

即期投资回报期不到1年，与其他节能技术相比投资回报期限明显缩短。

5、变频调速在空调系统的应用：

大多数中央空调供水系统的供水量都是手动阀门调节，只要水泵开始运行，无论负荷情况如何，水泵均以最大负荷运行，所以能源浪费现象较严重，夏季制冷水系统的供回水温差：较好者为4℃，较差者为1~1.5℃，因此，不采用电机调速，会造成水流量过大使冷水系统和用水温度变低，恶化主机的工作条件。同时，通常都是通过调整管道上阀门的开度来调节水流量的，因此在阀门上存在很大的电能浪费。

因此，在空调系统采用变频调速优点：

（1）：管路阀门开度最大，消除阀门上节流损失。
　　（2）：有欠压、过流、缺相、漏电等保护措施，改善了电机运行条件，提高了运行的可靠性。
　　（3）：实现电机软启动（最大启动电流小于额定电流）。
　　（4）：启动平稳，无冲击负荷，大幅度降低设备损耗延长了设备使用寿命，减少维修费用。
　　（5）：管路压力降低，减少了跑冒滴漏现象，设备运行更加安全。
　　（6）：在空调系统中，调节水流量，把冷水机组的进水和回水温度控制在适当的范围之内，保证主机的热交换率，节省主机能耗。

综上所述，机场锅炉房和制冷站项目所用的电机为160KW和120KW。更应该采用变频启动。从更长远的角度来讲，达到节能的目的。